奥氏体不锈钢换热管束在循环冷却水中腐蚀调查分析

奥氏体不锈钢因具有良好的耐腐蚀性而被用于压缩机级间冷却器和后冷却器。然而由于奥氏体不锈钢换热管腐蚀发生泄露的事件经常发生。因此研究其腐蚀原因对设计过程中材料选择有非常重要的意义。

一、循环冷却水概念

 企业工业用水为敞开式循环冷却水系统，冷却水通过换热器来冷却工艺介质。在换热过程中冷却水温度升高成为热水，热水再经过冷却塔蒸发冷却后循环使用。当冷却水通过换热器、冷却塔时被不断蒸发损失掉，而导致水中各种矿物质和离子浓度成倍增加，导致设备腐蚀事故频频发生，给生产企业带来巨大的经济损失。

二、设备泄露情况调查

 浙江至德钢业有限公司通过对空分装置中增压机级间冷却器和后冷却器的运行情况调查发现，空分装置2006年投入运行，2009年增压机后冷却器发生泄露，级间冷却器未发生泄露。空分装置2012年开始运行，2013年发现增压机后冷却器发生泄漏，级间冷却器未发生泄露；空分装置2007年投入运行，级间冷却器和后冷却器均未发现泄漏。

三、原因分析

 泄漏事件的分析主要从影响奥氏体不锈钢换热管腐蚀的以下四个方面进行，假定其他影响因素一定。

  如图所示，某项目增压机后冷却器，水走壳侧，损坏的换热管位于管板中间位置，成环状分布。漏点位于换热管两端靠近管板处，管板与循环冷却水出/入管口中间位置，漏点被污垢覆盖。这是因为水走壳侧这种换热器结构类型，导致循环冷却水进出换热器时，在出/入管口与管板中间位置容易形成滞留区，冷却水中的污垢沉积在滞留区换热管表面产生垢下腐蚀。

  图显示发生应力腐蚀开裂（SSC）的临界氯离子和温度（换热器管束壁温），当冷却水温度高于60℃，只需要少量氯就可能引起应力腐蚀开裂，而在低于60℃时，即使存在大量氯也很不易发生SSC.。参照洞庭项目工艺气设计数据显示，工艺气工作温度最高达到185℃，意味着与工艺气入口侧换热管壁温温度必然高于60℃，导致发生SSC所需氯显著下降，同时高温造成换热管束表面结垢（碳酸钙沉淀），最终导致应力腐蚀发生，造成换热管束破坏。

  图显示空分装置，循环冷却水中氯离子数值在2015年9月，11月，12月和2016年7月，四个月份的检测分布情况，发生泄露的换热管材质为304，根据企业标准其耐氯离子能力为50ppm，但是实际情况如图所示，氯离子含量都超过100ppm，大部分数据集中在150～250ppm区间，其结果必然发生SSC，导致泄露。

  从发生泄露事故的换热器类型上看，均为水走壳侧结构，这是因为在进/出水口与壳体和管束共同形成冷却水滞留区，在滞留区水中污垢会大量沉积在管束表面，并在较高温度下（大于60℃）结垢，而垢与管束表面之间会形成密闭空间，Cl离子在此密闭空间不断积累，致使浓度很高，最终导致应力腐蚀开裂。